CN116445834B - 一种高界面结合强度叠层铝合金短流程制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高界面结合强度叠层铝合金短流程制备方法，属于金属复合材料的制备加工技术领域。本发明先对面板、中间板、背板进行铣面和表面处理；然后将面板、中间板、背板组合，得到复合板；再对复合板进行均匀化轧制淬火一体化处理，包括双级均匀化、轧制和在线淬火，最后进行时效处理，得到所述叠层铝合金。本发明的均匀化处理促进了叠层铝合金界面两侧原子扩散，与轧制共同作用提高了叠层铝合金复合板界面强度，均匀化轧制淬火一体化处理较好地保留了轧制变形组织，提高了板材的力学性能。本方法操作方便，减少了复合板轧前预热工艺、人工固溶工艺，缩短了工艺流程、效率高，可较好实现工业化。
Description
技术领域
本发明属于金属复合材料的制备加工技术领域，特别是涉及一种高界面结合强度叠层铝合金短流程制备方法。
背景技术
随着现代战争的发展，装甲车辆在未来作战中将会遭受全方位更加致命的攻击，对装甲材料防护和生存能力提出了新的、更高的要求。均质装甲很难同时对各种反装甲武器都有效，增加均质装甲厚度虽然可以提高其防护能力，但同时会增加装甲车辆的质量，车辆的灵活性下降。为了进一步提高装甲车辆的抗弹性能，利用不同性能的材料制成复合装甲材料成为装甲材料开发的主要方向。复合装甲的性能具有可设计性，即在一定范围内可设计结构和材料，可以根据作战环境及使用部位的不同设计出一系列不同性能、不同质量与厚度的装甲，从而满足各种各样的使用要求，包括多层铝合金装甲、钛/铝多层复合装甲、钢/铝复合装甲等。
目前，金属固相复合法具有生产效率高、成本低、成材率高、无污染等优点，是现阶段层状金属复合材料制备的发展方向，其中轧制复合制备的叠层复合材料尺寸精度及表面质量高，生产过程环保，而且该方法技术和装备比较成熟，适合大批量生产，但存在制造技术复杂、层间结合力差等缺点。因此，研究一种高界面结合强度叠层铝合金的短流程制备方法是目前亟需解决的技术难题。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种高界面结合强度叠层铝合金短流程制备方法。本发明采用双级均匀化处理促进弥散相的析出和残留第二相充分回溶，均匀化轧制淬火一体化处理较好地保留了轧制变形组织，提高了板材力学性能；一定压力下高温长时均匀化处理促进了叠层铝合金界面两侧原子扩散，与大变形复合轧制共同作用提高了叠层铝合金复合板界面强度。本方法操作方便，减少了复合板轧前预热工艺、人工固溶工艺，缩短了工艺流程、效率高，可较好实现工业化。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明的目的是提供一种高界面结合强度叠层铝合金短流程制备方法，包括以下步骤：
(1)对面板、中间板、背板进行铣面和表面处理；
(2)将面板、中间板、背板组合，得到复合板；
(3)对复合板进行均匀化轧制淬火一体化处理，包括双级均匀化、轧制和在线淬火；
(4)对在线淬火后的复合板进行时效处理，得到所述叠层铝合金。
进一步地，步骤(1)所述面板和背板同为7系铝合金或同为2系铝合金；所述中间板为纯铝。
进一步地，所述背板为7A52铝合金或2519铝合金；所述面板为7A62铝合金或2195铝合金。
进一步地，步骤(1)所述表面处理的步骤为：用5～15wt％的NaOH溶液碱洗3～10min后用80～100℃水冲洗，然后再用5～15wt％的HNO3溶液酸洗3～10min后用5～15℃水冲洗，最后顺次进行吹干、界面打磨处理。
进一步地，步骤(2)所述组合是将面板、中间板、背板的前后端用铆钉铆接。
进一步地，所述均匀化轧制淬火一体化处理是将板坯进行双级均匀化后，直接从炉中取出进行大变形轧制处理，终轧时对板材进行在线淬火。
进一步地，步骤(3)所述双级均匀化的步骤为：通过金属块对复合板施加大于1000Pa的压应力；一级均匀化处理温度为300～460℃，预热时间为1～4h；二级均匀化处理温度为450～540℃，时间为24～96h。
进一步地，步骤(3)所述轧制的压下率大于或等于40％，所述轧制过程中板材的温降小于80℃。
进一步地，步骤(3)所述在线淬火的方式为水淬或风冷，所述水淬的温度为10～30℃；所述风冷的冷却速率大于或等于6℃/s。
进一步地，步骤(4)所述时效处理的温度为100～180℃，时效处理的时间为6～48h。
本发明的有益效果：
(1)本发明提供一种高界面结合强度叠层铝合金短流程制备方法，双级均匀化处理中的低温均匀化有利于降低残余应力和促进弥散相的析出，高温均匀化使残留第二相充分回溶，均匀化轧制淬火一体化处理较好地保留了轧制变形组织，有利于提高材料力学性能。
(2)本发明提供一种高界面结合强度叠层铝合金短流程制备方法，在一定压力下高温长时均匀化处理促进了叠层铝合金界面两侧原子扩散，与大变形复合轧制共同作用提高了叠层铝合金复合板界面强度。
(3)本发明提供一种高界面结合强度叠层铝合金短流程制备方法，省去了复合板轧前预热工艺和传统人工固溶工艺，具有制备技术简单，易于实现工程化等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的一种高界面结合强度叠层铝合金短流程制备方法的流程示意图；
图2为实施例1中叠层铝合金1背板的微观组织图；
图3为对比例1中叠层铝合金2背板的微观组织图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
将17mm厚的7A52铝合金背板、1mm厚纯铝中间板和17mm厚7A62铝合金面板轧制制备6mm厚的复合板。
1)先对7A52铝合金、纯铝、7A62铝合金铣面，然后对7A52铝合金、纯铝、7A62铝合金进行表面处理：用10wt％NaOH溶液碱洗5min后用80℃水冲洗，再用10wt％的HNO3溶液酸洗5min后用10℃水冲洗，最后用热风吹干，用钢丝刷对界面进行打磨；
2)将面板、中间板、背板进行组合，在板材前后端钻孔，用铝合金铆钉铆接固定，得到复合板；
3)将复合板进行400℃/4h+470℃/48h的均匀化处理，通过同样面积大小的20mm厚钢块对组合复合板施加1560Pa的压应力，板坯均匀化完成后，直接从炉中取出进行大变形轧制处理，按35mm→17mm→6mm对复合板进行轧制复合，终轧温度为410℃，终轧时用20℃水淬；
4)对复合板进行120℃/24h的时效处理，得到叠层铝合金1。
对比例1
将17mm厚的7A52铝合金背板、1mm厚纯铝中间板和17mm厚7A62铝合金面板按照一般工艺制备6mm厚的复合板。
1)首先将厚度为17mm厚7A52铝合金背板、17mm厚的7A62铝合金面板分别进行470℃/48h均匀化处理；
2)对7A52铝合金、纯铝、7A62铝合金进行表面处理：用10wt％NaOH溶液碱洗5min后用80℃水冲洗，再用10wt％的HNO3溶液酸洗5min后用10℃水冲洗，最后用热风吹干，用钢丝刷对界面进行打磨；
3)将面板、中间板、背板进行组合，在板材前后端钻孔，用铝合金铆钉铆接固定，得到复合板；
4)对复合板进行420℃/2h的轧前预热处理，取出后进行轧制复合，按照35mm→25mm→18mm→12mm→6mm对复合板进行轧制复合；
5)对复合板进行470℃/2h固溶处理+20℃水淬；
6)对复合板进行120℃/24h的时效处理，得到叠层铝合金2。
作为对比，本发明制得的材料为#1，一般工艺制备的材料为#2，采用硬度计测试叠层铝合金复合板材1、2的7A52、7A62铝合金的维氏硬度，采用拉剪实验测试叠层铝合金层间剪切强度，得到的结果如表1所示。对叠层铝合金复合板材1和2的7A52铝合金微观组织形貌进行表征，得到#1的7A52铝合金微观组织图，如图2所示；#2的7A52铝合金微观组织图，如图3所示。从表中可以看出，经过本发明制备的叠层板材，7A52铝合金硬度高于传统工艺，这主要是在线淬火保留了许多长条形的变形组织(图2所示)，而普通工艺的样品2中则出现了许多再结晶晶粒(图3所示)；本发明的高温长时均匀化处理促进了叠层铝合金界面两侧原子扩散，与大变形复合轧制共同作用提高了叠层铝合金复合板界面强度，层间剪切强度比传统工艺提高20.3％。
表1力学性能对比表
| 样品编号 | 7A52硬度 | 7A62硬度 | 层间剪切强度(MPa) |
| #1 | 159.4 | 197.2 | 75.2 |
| #2 | 142.1 | 201.1 | 62.5 |
实施例2
将15mm厚的2519铝合金背板、1mm厚纯铝中间板和15mm厚2195铝合金面板轧制制备5mm厚的复合板。
1)先对2195铝合金、纯铝、2519铝合金铣面，然后对2519铝合金、纯铝、2195铝合金进行表面处理：用10wt％NaOH溶液碱洗5min后用80℃水冲洗，再用10wt％的HNO3溶液酸洗5min后用10℃水冲洗，最后用热风吹干，用钢丝刷对界面进行打磨；
2)将面板、中间板、背板进行组合，在板材前后端钻孔，用铝合金铆钉铆接固定，得到复合板；
3)将复合板进行460℃/4h+520℃/24h的均匀化处理，通过同样面积大小的30mm厚钢块对组合复合板施加2340Pa的压应力，板坯均匀化完成后，直接从炉中取出进行大变形轧制处理，按31mm→16mm→5mm对复合板进行轧制复合，终轧温度为475℃，终轧时用20℃水淬；
4)对复合板进行165℃/12h的时效处理，得到叠层铝合金3。
对比例2
将15mm厚的2519铝合金背板、1mm厚纯铝中间板和15mm厚2195铝合金面板按照一般工艺制备5mm厚的复合板。
1)首先将厚度为15mm厚2519铝合金背板、15mm厚的2195铝合金面板分别进行520℃/24h均匀化处理；
2)对2195铝合金、纯铝、2519铝合金进行表面处理：用10wt％NaOH溶液碱洗5min后用80℃水冲洗，再用10wt％的HNO3溶液酸洗5min后用10℃水冲洗，最后用热风吹干，用钢丝刷对界面进行打磨；
3)将面板、中间板、背板进行组合，在板材前后端钻孔，用铝合金铆钉铆接固定，得到复合板；
4)对复合板进行460℃/2h的轧前预热处理，取出后进行轧制复合，按照31mm→24mm→17mm→10mm→5mm对复合板进行轧制复合；
5)对复合板进行520℃/2h固溶处理+20℃水淬；
6)对复合板进行165℃/12h的时效处理，得到叠层铝合金4。
作为对比，本发明制得的材料为#3，一般工艺制备的材料为#4，#3和#4的层间剪切强度分别为76.1和64.2MPa，本发明的层间剪切强度比一般工艺提高18.5％。
本发明的压力和高温长时均匀化处理促进了叠层铝合金界面两侧原子扩散，与大变形复合轧制共同作用提高了叠层铝合金复合板界面强度，均匀化轧制淬火一体化处理较好地保留了轧制变形组织，叠层铝合金力学性能优异。本方法操作方便，减少了复合板轧前预热工艺、人工固溶工艺，缩短了工艺流程、效率高，可较好实现工业化。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (4)
1.一种高界面结合强度叠层铝合金短流程制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对面板、中间板、背板进行铣面和表面处理；
(2)将面板、中间板、背板组合，得到复合板；
(3)对复合板进行均匀化轧制淬火一体化处理，包括双级均匀化、轧制和在线淬火；所述均匀化轧制淬火一体化处理是将板坯进行双级均匀化后，直接从炉中取出进行大变形轧制处理，终轧时对板材进行在线淬火；
所述双级均匀化的步骤为：通过金属块对复合板施加大于1000Pa的压应力；一级均匀化处理温度为300～460℃，预热时间为1～4h；二级均匀化处理温度为450～540℃，时间为24～96h；
所述轧制的压下率大于或等于40％，所述轧制过程中板材的温降小于80℃；
所述在线淬火的方式为水淬或风冷，所述水淬的温度为10～30℃；所述风冷的冷却速率大于或等于6℃/s；
(4)对在线淬火后的复合板进行时效处理，得到所述叠层铝合金，所述时效处理的温度为100～180℃，时效处理的时间为6～48h。
2.根据权利要求1所述的高界面结合强度叠层铝合金短流程制备方法，其特征在于，步骤(1)所述面板和背板同为7系铝合金或同为2系铝合金；所述中间板为纯铝。
3.根据权利要求1所述的高界面结合强度叠层铝合金短流程制备方法，其特征在于，步骤(1)所述表面处理的步骤为：用5～15wt％的NaOH溶液碱洗3～10min后用80～100℃水冲洗，然后再用5～15wt％的HNO3溶液酸洗3～10min后用5～15℃水冲洗，最后顺次进行吹干、界面打磨处理。
4.根据权利要求1所述的高界面结合强度叠层铝合金短流程制备方法，其特征在于，步骤(2)所述组合是将面板、中间板、背板的前后端用铆钉铆接。
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